“会说话的树”

1983年，两个科学家团队公布了一项和植物通讯有关的惊人发现，这让我们对从柳树到棉豆的所有植物的了解都有了革命性变化。这些科学家声称，树木可以彼此警告食叶昆虫即将到来。在这些较为浅显的结论背后，是令人震惊的暗示。报道这些研究的新闻很快在大众文化中传播开来，不光是在《科学》杂志上，连全世界的主流媒体都在谈论“会说话的树”。

戴维?罗兹和戈登?奥里安斯是华盛顿大学的两位科学家，他们注意到，如果一些柳树邻近的其他柳树已经被天幕毛虫6所侵害，那么天幕毛虫就不太会在这些柳树的叶子上大吃特吃。罗兹发现，在病树附近的这些健康柳树能够抵抗这些毛虫，是因为它们的叶子含有酚类和单宁类物质，这使得叶子的味道对毛虫来说变得很差，而在病树的那些易遭噬食的叶子里就找不到这些物质。因为科学家在病树和它们健康的邻居之间找不到任何物理上的联系它们并不共享相同的根系，枝条彼此也不接触罗兹推测病树一定向健康柳树传达了一种借空气传播的外激素信息。换句话说，病树向邻近的健康柳树发去了信号：“小心！加强防备！”

仅3个月之后，达特茅斯学院的研究者伊安?鲍德温和杰克?舒尔茨发表了一篇影响重大的论文，支持了罗兹的报告。鲍德温和舒尔茨一直与罗兹有联系，他们不像罗兹和奥里安斯那样监视在野外开放环境下生长的树木，而是设计了条件高度可控的实验。他们研究的是在不透气的有机玻璃笼中种植的杨树和糖槭7幼苗(大约1英尺8高)。实验中一共用了两个有机玻璃笼。及时个笼子里面有两个居群的幼苗有15株幼苗各有两片叶子被撕成两半，另15株幼苗则未受损伤。第二个笼子里面是对照组幼苗，自然，它们都没有损伤。两天之后，在受伤幼苗其他的叶子中发现有很多化学物质的含量升高了，这些物质包括已知能够阻碍毛虫生长的有毒酚类和单宁类物质。在对照组笼子中的幼苗体内则没有这些物质含量升高的迹象。然而，这一实验最重要的结论是，和受伤幼苗在同一笼子中的未受损伤幼苗的叶子中，也发现酚类和单宁类物质的含量有显著增长。鲍德温和舒尔茨提出，只要是受损的叶子，不管是在他们的实验中被撕损的叶子，还是在罗兹的观察中被昆虫摄食的柳树叶子，都会释放一种气体信号，使伤树可以和未受损伤的树木通讯，结果，那些未受损伤的树木会保护自身免受即将来临的昆虫侵害。

这些早期的有关植物通讯的报告常常被科学共同体中的其他人拒绝接受，他们认为这些研究要么缺乏正确的对照组，要么虽然得出了正确的结果，却夸大了其意义。与此同时，大众媒体却热情接受了“会说话的树”这个观念，把研究者的结论都拟人化了。不管是《洛杉矶时报》、加拿大的《温莎星报》，还是澳大利亚的《时代报》，新闻市场都在为这个观念走火入魔，登载的消息都有类似下面这样的标题：“科学家翻动新树叶，发现树木会说话”，“嘘，小小的植物有大大的耳朵”。《萨拉索达先驱论坛报》的头版标题则是“科学家相信，树木会说话，会彼此回应”。《纽约时报》1983年6月7日的主社论标题甚至是“当树木说话时”，在这篇文章中，作者推测“会说话的树木的树皮比立枯病更狠”9。所有这些公众媒体的关注都不足以使科学家接受鲍德温和他的同事提出的化学通讯的想法。但是在最近十年中，植物通过气味来通讯的现象已经在包括大麦、绢蒿和桤木在内的大量植物身上得到了反复验证，而在那篇开创性之时刚刚离开学院的年轻化学家鲍德温，则继续了他的科研生涯。

尽管植物通过靠空气传播的化学信号受到邻近植物影响的现象，现在已经是公认的科学事实，许多疑问还仍然存在：植物真的在彼此通讯(换句话说，有目的地彼此警告即将到来的危险)吗？还是说，健康的植物只是在窃听受侵害植物的独白，后者本来不想被人听到它在说话？当植物向空气中散发气味时，这真的是交谈的一种方式吗？还是说它只是在释放气体？植物会呼叫帮助、警告邻居的想法富有寓意、充满拟人化的美感，但这真的反映了信号传递的原始意图吗？

为了解决这些问题，墨西哥伊拉普阿托高等研究中心的马丁?海尔及其团队在最近几年里一直在研究野生棉豆(Phaseolus lunatus)。海尔知道当棉豆被甲虫取食时，它会产生两种反应。被昆虫取食的叶子会向空气中释放混合挥发物，而花(尽管并未被甲虫直接侵害)会制造蜜汁，吸引以甲虫为食的节肢动物。在他研究的早期，也就是千年之交的时候，海尔在德国耶拿马克斯?普朗克化学生态学研究所工作，鲍德温也在那里工作，当时是(现在也是)系主任。就像在他之前的鲍德温一样，海尔也想知道棉豆为什么要释放这些物质。

海尔和他的同事把已经被甲虫侵害的棉豆植株放到与甲虫隔离的植株旁边，并监测不同叶子周围的空气。他们从3棵不同的植株上选择了总共4片叶子从一棵已经被甲虫侵害的植株上选择了两片叶子，一片叶子已被取食，一片叶子还未被取食；从一棵邻近的但仍然健康的“未受侵害”植株上选择了一片叶子；又从与甲虫或受侵害植株隔绝一切接触的一棵植株上选择了一片叶子，作为对照组。他们用一种叫作气相色谱质谱分析的高级技术(在电视剧《犯罪现场调查》中对这一技术常有展现，香水厂在研发新香水时也要用到它)来鉴定每片叶子周围空气中的挥发物。

海尔发现，同一棵植株上被取食的叶子和健康叶子释放的气体中，其挥发物相同，而作为对照组的叶子，其周围的空气却不含这些物质。此外，与受到甲虫侵害的植株相邻的棉豆健康叶子周围的空气中也含有挥发物，而且和在被取食的植株那里监测到的物质也相同。这些健康植株同样也不太可能再被甲虫摄食。

这一组实验显示，未受害的叶子如果与受害叶子邻近，就可以在防御昆虫上具备优势，这证实了早先研究的结论。但是海尔仍不相信受害叶会向其他植株“说话”，警告它们近在咫尺的侵害。相反，他怀疑邻近的植株恐怕是像窃听一样“窃嗅”了受害植株的内部信号，这个内部信号本来是发给同一植株的其他叶子的。

海尔用一种简单而精巧的方法改进了实验设置，以检验他的假说。他把两棵棉豆植株彼此靠近放置，但用塑料袋把受害叶密封了24小时。这回当他再检查和及时次实验相同的4种类型的叶子时，结果就有所不同了。受害叶仍然释放和以前相同的化学物质，同一棵豆蔓上的其他叶子和邻近植株的叶子现在却和对照组植株一样它们周围的空气中没有这些物质。

海尔和他的团队打开包裹受害叶的塑料袋，利用一个通常用在电脑芯片上给电脑降温的风扇，把受害叶周围的空气吹往两个方向：其一是向同一棵豆蔓上端的相邻叶子吹，其二是向远离豆蔓的空气中吹。他们检查了从茎蔓高处的叶子散发出来的气体，测量了它们产生的蜜汁量。被受害叶散发的气体吹拂到的叶子自己开始散发同样的气体，并同时产生蜜汁。没有暴露在受害叶散发的气体之中的叶子则没有变化。

海尔实验示意图

上面两幅图显示，海尔让甲虫侵害以灰色表示的叶子，然后检查同一株豆蔓和相邻另一株豆蔓上其他叶子周围的空气。上左图显示两株豆蔓上的所有叶子周围的空气中都含有相同的化学物质；上右图则显示当海尔把受害叶用塑料袋隔离之后，它们周围的空气异于两株豆蔓上所有其他叶子周围的空气。下面两幅图显示了海尔的第二个实验。他把来自受害叶的空气要么吹向同一株豆蔓的其他叶子(下左图)，要么吹离这些叶子(下右图)。

这个结果意义重大，因为它揭示，从受害叶释放的气体对于这一植株保护其他的叶子免受侵害来说是必需的。换句话说，如果一片叶子被昆虫或细菌侵害，它会释放气味，警告兄弟叶保护自己免受迫在眉睫的侵害，这就好比在中国长城的烽火台上点火是在警告即将到来的袭击一样。通过这种方式，“嗅”到了受害叶散发的气体的叶子对于接连而至的暴力侵害有了更强的抵抗力，这就保障了植株自身的存活。

那么那些相邻的植株呢？如果它离被侵害的植株足够近，那就能从被害植株叶子之间的内部“对话”中获益。邻近的植株窃听到了附近的嗅觉对话，从中获取了关键信息，有助于它保护自身。在自然界中，这种嗅觉信号可传播至少几英尺(不同的挥发性信号传播的距离有远有近，这取决于它们的化学性质)。就棉豆而言，它们天然就喜欢群居而生，这对于实现一株有难、八方知晓的目标来说是足够了。

当邻近植株被噬食时，棉豆究竟闻到了什么东西？正如在菟丝子实验中描述过的“番茄香水”一样，“棉豆香水”也是多种气味的复合混合物。2009年，海尔和韩国的同事合作，分析了从被害植株的叶子散发出来的各种挥发物，以便确定化学信使究竟是什么。这里的关键在于鉴定那种明显负责与其他叶子进行通讯的化学物质。他们比较了遭受细菌感染的叶子所散发的物质和遭受昆虫取食的叶子所散发的物质。在这两种侵害下叶子释放的挥发性气体成分类似，唯有两种气体不同，才可以区别这两种侵害。受细菌侵害的叶子会释放一种叫作水杨酸甲酯的气体；被害虫摄食的叶子就不会释放这种气体，但会产生另一种叫茉莉酸甲酯的气体。

水杨酸甲酯在结构上和水杨酸非常相似。在柳树皮中可以找到含量丰富的水杨酸。事实上，古希腊医生希波克拉底就已经描述了一种从柳树皮提取的、能够缓解疼痛和退热的苦味物质，现在已知就是水杨酸。古代中东的其他文明也用柳树皮入药，美洲原住民也是如此。多个世纪以后，我们知道水杨酸是阿斯匹林(乙酰水杨酸)的化学前体，而水杨酸本身也是现代的许多除痤疮洗面奶的关键成分。

尽管柳树是水杨酸的一个众所周知的天然来源，人们从中提取水杨酸已经很有年头了，但其实所有的植物都会制造或多或少的水杨酸。植物同时还制造水杨酸甲酯(顺便一提，这是奔肌15膏油的重要成分)。可是，植物为什么要生产止痛药和退热药呢？其实正如其他任何植物化学物质(即植物制造的化学物质)一样，植物并不是为了人类利益才制造水杨酸的。对植物来说，水杨酸是加强植物免疫系统的“防御激素”。当植物被细菌或病毒侵害时就会生产水杨酸。水杨酸可溶于水，它就从植物受感染的地方释放出来，通过维管系统到达植物的其他部位，发出细菌正在入侵的信号。植株的健康部位于是做出反应，开始进行多种方式的防御，要么杀死细菌，要么至少阻止瘟疫的扩散。在有的防御过程中，植物会在感染区域周围构筑一道由死细胞组成的壁垒，阻止细菌向植株其他部位移动。有时你能在叶子上见到这些壁垒，它们看上去是一些白点。在这些白点所在的叶片区域，细胞实际上是自杀了，这样它们附近的细菌就不能向远处扩散了。

从更广的层面上看，水杨酸在植物和人体内的功能是相似的。植物用水杨酸帮助其避免感染(这意思就是说，植物在生病时会用到水杨酸)。而我们遇上引发疼痛的感染时，自古以来就应用水杨酸治疗，现在又应用了其现代衍生物阿斯匹林。

回到海尔的实验上。在受到细菌侵害后，实验所用的棉豆散发水杨酸甲酯，这是水杨酸的挥发性形态。这个结果证实了十年前由拉特杰斯大学的伊利亚?拉斯金实验室所做的另一项工作，即水杨酸甲酯是烟草在遭受病毒感染后产生的主要挥发物。植物可以将可溶于水的水杨酸转化为挥发性的水杨酸甲酯，反之亦然。要理解水杨酸和水杨酸甲酯的不同之处，可以这样想：植物尝到水杨酸，而嗅到水杨酸甲酯。(正如我们所知，味觉和嗅觉是紧密相关的感觉。主要不同就在于，我们用舌头尝到可溶于水的物质，而用鼻子嗅到挥发性的特质。)

在海尔把受感染的叶子用塑料袋包起来的时候，他隔绝了水杨酸甲酯从受感染的叶子飘往同一株豆蔓或邻近植株未受感染的叶子的过程。而当来自受感染的叶子的气体吹到未受感染的叶子之上，使它终于“闻”到水杨酸甲酯的时候，这片叶子就通过叶片表面微小的开口(叫作气孔)吸入这一气体。一旦进入叶片深处，水杨酸甲酯就重新转化为水杨酸，而我们已经知道，这就是植物在生病时所服用的药物。

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